研究揭示人類睪丸生殖細胞腫瘤分子特性與免疫微環境

　　睪丸生殖細胞瘤（Testicular germ cell tumors，TGCTs）是14-44歲男性中最常見的惡性實體瘤之一, 約占到所有睪丸腫瘤的95%。TGCTs根據不同來源可以分為精原細胞瘤（seminoma）和非精原細胞瘤，精原細胞瘤約占TGCTs的60%以上，是常見的類型。目前，已有研究認為seminoma是原始生殖細胞（PGC）向前精原細胞發育過程中出現異常而產生。原始生殖細胞是人類生殖細胞的唯一起源，在雄性中胚胎發育至13周左右時，原始生殖細胞進入有絲分裂抑制階段，分化為前精原細胞。一些多能性相關基因如OCT4、NANOG、TFAP2C等的表達被抑制，在此后的生殖細胞中不再表達。而在seminoma中，TFAP2C 等多能性基因作為seminoma的marker基因在成年睪丸中仍然高表達。然而，TFAP2C等在seminoma中的作用尚不清楚，對seminoma的分子特性及腫瘤微環境缺乏了解。

　　近日，中國科學院動物研究所研究員郭靖濤與合作者在《自然-通訊》（Nature Communications）上發表了題為Single-cell multi-omics analysis of human testicular germ cell tumor reveals its molecular features and microenvironment的研究論文。該研究發現了seminoma腫瘤細胞與PGC的相似性，揭示了轉錄因子TFAP2C直接調控腫瘤細胞遷移和侵襲，并探究了腫瘤微環境對seminoma的影響。

　　該研究對來自患者的精原細胞瘤樣本進行單細胞測序。為探究seminoma腫瘤細胞與正常生殖細胞之間的關系，研究將腫瘤細胞與各個階段生殖細胞進行比較，包括PGCs、胚胎期生殖細胞（state f0）和不同階段成年生殖細胞。研究發現，在轉錄水平上，seminoma腫瘤細胞與PGCs具有更相似的基因表達模式，且擁有共享的基因表達，其中包括在PGCs中編碼具有重要作用的轉錄因子的基因TFAP2C、POU5F1、NANOG 和 SOX17。這些基因的表達模式在空間轉錄組數據中得到了驗證。

　　該研究探討了這些異常表達的基因在seminoma腫瘤細胞中的作用。利用單細胞染色質可及性測序技術，研究發現TFAP2C的結合motif在seminoma腫瘤細胞中顯著富集，說明TFAP2C作為轉錄因子參與seminoma的發生發展。為了進一步驗證，研究在seminoma細胞系中敲降了TFAP2C的表達，發現敲降后大量基因出現下調，且腫瘤細胞的遷移和侵襲能力顯著降低。結合CUT&Tag（Cleavage Under Targets and Tagmentation）測序，研究得到了TFAP2C直接調控的346個基因，這些基因主要富集在細胞遷移和細胞粘連等通路，結合體外功能試驗，表明TFAP2C直接調控seminoma腫瘤細胞的遷移和侵襲，促進腫瘤進展。

　　通過對腫瘤免疫微環境的分析，研究人員鑒定了15個免疫細胞亞型，發現seminoma的微環境處于免疫抑制的狀態，且不同功能狀態的免疫細胞的空間分布具有異質性。巨噬細胞主要富集在腫瘤的邊緣部分，研究發現seminoma中的巨噬細胞高表達MMP9，該基因是胞外基質降解的主要參與者。同時在腫瘤中對MMP9起激活作用的CTSK在巨噬細胞中也顯著富集。因此，研究人員推測或許seminoma中的巨噬細胞可以通過分泌MMP9和CTSK來促進生精小管的破裂，從而幫助腫瘤細胞向外侵襲。通過分析微環境中的細胞互作，研究發現腫瘤細胞主要通過分泌MIF (macrophage migration inhibitory factor) 作用于周圍環境，促進腫瘤進展。

　　這項研究利用多組學測序技術，首次對seminoma進行系統分析，揭示seminoma腫瘤細胞的分子特性和腫瘤微環境，為seminoma的來源和探究靶向治療提供了更加充足的數據支持，也為生殖細胞的發育提供了更多視角。

　　多組學技術聯合揭示seminoma分子特性和免疫微環境。（a）模式圖（b）PCA顯示seminoma腫瘤細胞與PGC更相似（c）TFAP2C結合motif顯著富集在seminoma腫瘤細胞中